В предприятиях пищевой промышленности и торговли

Значение использования искусственного охлаждения

Первые промышленные холодильные машины появились в середине XIX века. Первоначально искусственное охлаждение широко применялось при заготовке и транспортировке пищевых продуктов. Бурный технический прогресс ХХ столетия привел к использованию искусственного холода в различных технических процессах.

Охлаждение и замораживание пищевых продуктов, их длительное хранение и транспортировка, создание искусственного микроклимата в закрытых помещениях, низкотемпературная закалка металла, замораживание водоносных грунтов для строительных работ, химическая технология, микробиология, медицина – далеко не полный перечень областей применения искусственного холода.

Особенно широкое применение нашли холодильные установки в отраслях, связанных с производством, хранением и транспортировкой продуктов питания.

Растущие потребности в холодильном оборудовании вызваны ростом охлажденных и замороженных продуктов.

Охлажденных продуктов привозят намного больше, чем замороженных. В большинстве развитых стран потребление охлажденных продуктов (по массе) в 10 раз больше, чем замороженных, несмотря на то, что стоимость первых в 5 раз выше, чем вторых. Особенно возрастает спрос на охлажденные продукты, готовые к употреблению.

Годовое потребление замороженных пищевых продуктов в западноевропейских странах – от 18 до 23 кг, в США – 55 кг на душу населения. Общее потребление замороженных пищевых продуктов возросло с 17,8 млн.т. до 30млн.т.

Хранение пищевых продуктов при низких температурах позволяет длительное время сохранять их первоначальное качество, питательность и внешний вид, увеличить длительность хранения, расширить ассортимент. В этой связи большое значение приобретает создание непрерывной холодильной цепи, призванной обеспечивать хранение продуктов в условиях низких температур на всем пути их продвижения от производства до потребления.

Под непрерывной холодильной цепью понимают совокупность холодильников различных типов и организацию взаимной связи между ними с помощью холодильного транспорта.

Холодильник – это промышленное предприятие (или его цех), в помещениях которого с помощью холодильной установки поддерживают определенные режимы, необходимые для обработки и хранения скоропортящихся продуктов. Отдельные типы холодильников являются, таким образом, звеньями непрерывной холодильной цепи. В соответствии с этим различают следующие типы холодильников:

Заготовительные холодильники предназначены для заготовки продукции в сельской местности либо непосредственно в полевых условиях. Они имеют холодильные установки большой мощности. Вместимость камер хранения в таких холодильниках меньше вместимости камер охлаждения. К заготовительным холодильникам относят и станции предварительного охлаждения, преимущественно передвижные.

Производственные холодильники являются частью пищевых предприятий: мясо- и птицекомбинатов, молочных и консервных комбинатов. Почти вся вырабатываемая продукция подвергается холодильной обработке, поэтому производственные холодильники оборудуют мощными устройствами для охлаждения и замораживания.

Распределительные (базисные) холодильники предназначены для равномерного обеспечения городов и промышленных центров сезонными продуктами питания в течение всего года, а также для создания резервного запаса продуктов. Эти холодильники характеризуются большой вместимостью камер хранения и малой производительностью устройств для охлаждения и размораживания. В этом случае, если на распределительных холодильниках есть производственные цехи для фасования масла, производства мороженого, твердой углекислоты, полуфабрикатов и т.д. Такие предприятия называют хладокомбинатами.

Перевалочные холодильники предназначены для временного хранения продуктов при передаче их с одного звена холодильной цепи на другое. Для этих холодильников характерен большой фронт грузовых работ.

Торговое холодильное оборудование используется для кратковременного хранения продуктов в торговой сети, ресторанах, кафе. Эти холодильники малой вместимости. В одной камере допускается хранить продукты различных видов.

Бытовые холодильники служат для кратковременного хранения продуктов в домашних условиях и для производства небольшого количества льда. Они являются последним звеном непрерывной холодильной цепи.

Транспортные холодильники предназначены для создания необходимых низкотемпературных условий перевозки продуктов на разнообразных средствах транспорта. Различают железнодорожный, водный, автомобильный и авиационный холодильный транспорт, а также холодильные контейнеры. Все эти виды холодильных устройств являются связывающими элементами между отдельными звеньями непрерывной холодильной цепи.

В целях успешного осуществления продовольственной программы Украины необходимо обеспечить комплексное развитие холодильного хозяйства, расширить применение искусственного холода при обработке и хранении продукции. При этом большое внимание необходимо уделить дальнейшему развитию торговли и общественного питания, внедрению современного торгового холодильного оборудования для оснащения магазинов. В этой связи необходимо:

- использовать серийно выпускаемые изделия с централизованным холодоснабжением;

- совершенствовать специальное секционное открытое оборудование с централизованным холодоснабжением;

- совершенствовать торговое холодильное оборудование для продажи товаров из контейнеров;

- для работы в новом холодильном оборудовании, так и для реконструкции низкотемпературных холодильных систем необходимо внедрить озонобезопасные хладагенты R –507; R –404А; R –134А.

4.2. Способы получения искусственного холода

Физическая природа тепла и холода одинакова, разница состоит только в скорости движения молекул и атомов. В более нагретом теле скорость движения больше, чем в менее нагретом. При подводе к телу тепла движение возрастаем, при отнятии тепла уменьшается. Таким образом, тепловая энергии есть внутренняя энергия движения молекул и атомов.

Охлаждение тела – это отвод от него тепла, сопровождаемый понижением температуры. Самый простой способ охлаждения – теплообмен между охлаждаемым телом и окружающей средой – наружным воздухом, водой, почвой. Но этим способом, даже при самом совершенном теплообмене, температуру охлаждаемого тела можно понизить только до температуры окружающей среды. Такое охлаждение называется естественным. Охлаждение тела ниже температуры окружающей среды называется искусственным. Для него используется скрытая теплота, поглощаемая телами при изменении их агрегатного состояния.

Существует несколько способов получения искусственного холода. Самый простой из них – охлаждение при помощи льда, таяние которого сопровождается поглощением довольно большого количества тепла. Если теплопритоки извне малы, а теплопередающая поверхность льда относительно велика, то температуру в помещении можно понизить почти до 0˚С. Практически в помещении, охлаждаемом льдом, температуру воздуха удается поддерживать лишь на уровне 5 -8 ˚С.

При охлаждении водным льдом происходит изменение его агрегатного состояния – плавление. Холодопроизводительность, или охлаждающая способность чистого водного льда, называется удельной теплотой плавления. Она равна 335 кДж/кг·градус.

Водный лед применяется для охлаждения и сезонного хранения продовольственных товаров, овощей, фруктов в климатических зонах с продолжительным холодным периодом, где в естественных условиях в зимний период его легко можно заготовить.

Водный лед в качестве охлаждающего средства применяется в специальных ледниках и на ледяных складах. Ледники бывают с нижней загрузкой льда (ледник – погреб) и с боковой – карманного типа.

Ледяное охлаждение имеет существенные недостатки: температура хранения ограничена температурой таяния льда (обычно температура воздуха на ледяных складах 5-8 ºС), в ледник необходимо закладывать количество льда достаточное на весь период хранения и добавлять по мере необходимости, значительные затраты труда на заготовку и хранение водного льда; большие размеры помещения для льда, превышающие примерно в 3 раза размеры помещения для продуктов; значительные затраты труда на соблюдение необходимых требований, предъявляемых к хранению пищевых продуктов и отводу талой воды.

Льдосоляное охлаждение производится с применением дробленного водного льда и соли. Благодаря добавлению соли скорость таяния льда увеличивается, а температура таяния льда опускается ниже. Это объясняется тем, что добавление соли вызывает ослабление молекулярного сцепления и разрушения кристаллических решеток льда. Таяние льдосоляной смеси протекает с отбором тепла от окружающей среды, в результате чего окружающий воздух охлаждается и температура его понижается. С повышением содержанием соли в льдосоляной смеси температура плавления ее понижается. Раствор соли с самой низкой температурой таяния называется эвтектическим, а температура ее таяния – криогидратной точкой. Криогидратная точка для льдосоляной смеси с поваренной солью (Н₂О – NaCl) – 21,2 ºС при концентрации соли в растворе 23,1 % по отношению к общему весу смеси, что примерно равно 30 кг соли на 100 кг льда. При дальнейшем повышении концентрации соли происходит не понижение, а повышение температуры таяния льдосоляной смеси (рис. 4.1).

Рисунок 4.1. Зависимость температуры затвердевания раствора от концентрации соли в воде.

Эвтектический раствор применяют для зероторного охлаждения. Для этого в зероторы – наглухо запаянные формы заливают эвтектический раствор поваренной соли и замораживают их. Замороженные зероторы используют для охлаждения прилавков, шкафов, охлаждаемых переносных сумок – холодильников и т.д.

Охлаждение сухим льдом основано на свойстве твердой углекислоты сублимировать, т.е. при поглощении тепла переходить из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое состояние. Физические свойства сухого льда следующие: температура сублимации при атмосферном давлении – 78,9ºС, теплота сублимации 574,6 кДж/кг.

Сухой лед обладает следующими преимуществами по сравнению с водным:

- можно получать более низкую температуру;

- охлаждающее действие 1кг сухого льда почти в два раза больше, чем 1 кг водного льда;

- при охлаждении не возникает сырости, кроме того при сублимации сухого льда образуется газообразная углекислота, которая является консервирующим средством, способствующему лучшему сохранению продуктов.

Сухой лед применяется для перевозки замороженных продуктов, охлаждения фасованного мороженого, замороженных фруктов и овощей. Получают сухой лед искусственным путем на углекислотных заводах, хранят его в специальных контейнерах с усиленной теплоизоляцией.

Получение искусственного холода с помощью льда, а также с помощью охлаждающих смесей имеет существенные недостатки: трудоемкость процессов заготовки льда, его доставки, трудность автоматического регулирования, ограниченные температурные возможности.

Термоэлектрическое охлаждение основано на эффекте Пельтье (открыт Жаном Пельтье в 1834 г.), сущность которого заключается в том, что под влиянием проходящего электрического тока по цепи из 2 разных проводников или полупроводников на спаях появляются разные температуры (рис. 4.2). Если температура холодного спая ниже температуры окружающей среды, то его можно использовать как охладитель. Значительную разность температур на спаях дают пары, составленные из полупроводников, изготовленных из соединений висмута, сурьмы, селена с добавлением небольшого количества присадок.

		горячий

Рисунок 4.2. Принципиальная схема термоэлектрического охлаждения.

Преимущество термоэлектрического охлаждения – отсутствие движущихся частей, рабочего тела, бесшумность, надежность и долговечность работы, недостаток – большой расход электроэнергии. Термоэлектрические охладительные устройства используются в некоторых типах холодильных шкафов, охлаждаемых баров.

Учитывая недостатки всех вышеизложенных способов охлаждения наиболее распространенным и удобным в эксплуатационном отношении способом охлаждения является машинное охлаждение.

Машинное охлаждение – способ получения холода за счет изменения агрегатного состояния хладагента, кипения его при низких температурах с отводом от охлаждаемого тела или среды необходимой для этого теплоты парообразования. Для последующей конденсации паров хладагента требуется предварительное повышение их давления и температуры.

Широкое применение машинного охлаждения в торговле объясняется рядом его эксплуатационных свойств и экономических преимуществ: автоматическое поддержание постоянной температуры хранения в зависимости от вида продуктов, высокий удельный вес использования полезной емкости для охлаждения, незначительные затраты на эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт, удобство использования и санитарной обработки.

Комплекс механизмов и аппаратов, осуществляющих холодильный цикл, называется холодильной машиной. На предприятиях торговли используются компрессионные холодильные машины, в которых пары хладагента подвергаются сжатию в компрессоре с затратой механической энергии.

Дата добавления: 2013-12-12